W reprezentacji Bułgarii zadebiutował w 1978 roku. Był liderem linii ataku przez całą dekadę lat 80., najczęściej jako partner Bożidara Iskrenowa albo Płamena Markowa. Spełnieniem jego reprezentacyjnej kariery był występ na Mundialu 1986, na którym podopieczni Iwana Wucowa – po raz pierwszy w historii - przebrnęli przez fazę grupową i awansowali do drugiej rundy turnieju, w której przegrali 0:2 z Meksykiem. Mładenow zagrał we wszystkich trzech spotkaniach grupowych. Z reprezentacją pożegnał się w 1989 roku: po kilku latach nieobecności został powołany przez tymczasowy duet selekcjonerów Dimityr Penew-Dinko Dermendżiew na mecz z Rumunią (0:2) w eliminacjach do Mundialu 1990.
Sukcesy piłkarskie mistrzostwo Bułgarii 1981, 1982 i 1983, Puchar Bułgarii 1983 i 1985, Puchar Armii Sowieckiej 1985 i 1986 oraz półfinał Pucharu Europejskich Mistrzów Krajowych 1981–1982 z CSKA Sofia Puchar Portugalii 1989 oraz trzecie miejsce w lidze 1987–1988 z CF Os Belenenses Piłkarz roku 1983 w Bułgarii. Król strzelców I ligi bułgarskiej w sezonie 1977–1978.
Kariera szkoleniowa W Portugalii rozpoczął pracę szkoleniową jako asystent. Do kraju powrócił dopiero w 1996 roku, aby objąć stanowiska dyrektora sportowego w CSKA Sofia.